Žáruvzdorné materiály

Jsou potřebné tam, kde se vyskytují vysoké teploty, například v tepelných agregátech. Na Slovensku se vyrábí šamot v Kalinově; magnezit v Košicích, Jelšavě, Lovinobani, Hačavě, Lubeníku; dinas v Banské Belej.

Žáruvzdorné materiály jsou materiály, které mají vysokou stálost při vysokých teplotách. Obsahují převážně tyto oxidy: MgO, CaO, SiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃, Al₂O₃. Používají se v hutnictví, energetice, chemickém průmyslu, na výrobu kotlů a dalších zařízení.

Tvarované žáruvzdorné materiály:

1. DINAS – je žáruvzdorný materiál kyselé povahy, protože obsahuje minimální množství SiO₂ (což představuje kyselost v žáruvzdorných materiálech). Jeho podstatou je křemen. Křemen má tyto modifikace podle teploty:
   

   Teplota	Modifikace křemene
   870 °C	tridymit
   1470 °C	cristobalit
   1713 °C	křemenné sklo

   Z hlediska výpalu dinasu usilujeme o co největší přeměnu křemene na tridymit, protože jeho tepelná roztažnost je nejnižší.

   Z celkového množství dinasu je:

   • 60 – 80 % tridymitu
   • 20 – 30 % cristobalitu
   • 10 – 20 % křemene
   • 8 – 15 % křemenného skla

   1 tuna dinasových cihel stojí 12 000 Kč. Používá se do výmurovek koksárenských baterií, v ohřívačích vzduchu pro vysokou pec, ve sklářských pecích. Použitelnost až do 1500 °C, má žlutohnědou barvu.

2. HLINITOKŘEMIČITÉ MATERIÁLY – obsahují dva komponenty: Al₂O₃ a SiO₂ v různých procentuálních zastoupeních. Patří sem:
   • šamotové materiály – nejpevnější, použitelné do 1450 °C. Nepoužívají se při styku s roztaveným kovem a struskou, ale v pecích, kde se využívá suché vytápění, v pánvích, v domácích pecích a krbech. Obsahují maximálně 43 % Al₂O₃. Cena 1 tuny je 12 000 Kč, mají žlutou barvu.
   • vysokohlinitý šamot – obsahuje více než 43 % Al₂O₃. Používá se v průmyslových pecích pro výmurovku. S růstem obsahu Al₂O₃ roste i žáruvzdornost a cena. Má žlutou barvu, která se s rostoucí žáruvzdorností mění až do bílé.
3. MAGNEZIT – hnědočerné barvy. Jeho základ tvoří MgO, který taví až při 2800 °C. MgO se nazývá periklas, proto se magnezitové výrobky označují též jako periklasové výrobky. Jsou zásadité, protože MgO a CaO jsou zásadité oxidy. Vyrábějí se s minimálním obsahem 90 % MgO. Použití do 1650 °C, zejména v pecích a nádobách při výrobě oceli a mědi. Cena 1 tuny je 15 000 – 18 000 Kč. Mezi periklasové výrobky patří:
   • periklas-chromové výrobky – přidává se Cr₂O₃ (chromitová ruda – dovoz z Kuby, Íránu, Albánie atd.). Používají se v nejvíce tepelně namáhaných částech průmyslových pecí do 1700 °C.
   • periklas-uhlíkové staviva (MgO-C) – jsou nově vyvinutá. Obsah uhlíku je do 15 %. Uhlík se přidává ve formě smoly, grafitu nebo pryskyřice. Přidávají se i antioxidanty – prvky kovové nebo nekovové povahy, které chrání uhlík před vyhořením (např. bor, hořčík, hliník, křemík). Využívají se ve výmurovkách vysokých pecí, kyslíkových konvertorech. Cena 1 tuny je 25 000 Kč.
4. ZIRKONIČITÉ MATERIÁLY – černé barvy. Podstatou je ZrO₂. Jsou drahé, proto se v průmyslovém měřítku používají málo. Slouží k výrobě kelímků hlavně v laboratořích, kde velmi dobře odolávají kyselinám a zásadám.
5. UHLÍKOVÉ MATERIÁLY – zcela černé barvy. Musí mít pevné zrno a pojivo, které se za tepla míchá a lisuje. Pevné zrno tvoří rozemletý koks nebo termoantracit. Pojivem je nahřátá roztavená smola. Používají se pod nístějí vysoké pece, jako anoda při výrobě hliníku v elektrolýzérech.

Netvarované (zrnité) žáruvzdorné materiály:

1. MALTY A TMELY – malta se používá ke spojení dvou cihel. Zrno má velikost do 1 mm, přidává se k ní voda nebo vodní sklo. Tmely jsou jemnější než malty a již jsou rozmíchané s vodou.
2. OPRAVÁRENSKÉ HMOTY A ŽÁROMONOLITY (ŽÁROBĚTONY) – opravárenské hmoty se používají stříkáním při opravě výmurovek. Žáromonolity sestávají ze tří složek:
   • žáruvzdorné zrno – libovolný mletý žáruvzdorný materiál
   • pojivo – cement
   • voda

   Tyto tři složky se míchají v míchačce a vzniklá hmota se odlévá. Vzniká hydraulické tuhnutí (tj. hmota tvrdne) a působením tepla se mění v keramickou hmotu.

Vláknité žáruvzdorné materiály:

Nejznámějším vláknitým žáruvzdorným materiálem je sibral – ve formě vaty, desek, trubek aj. Používá se do 1460 °C.

Je nutné poznamenat, že existuje rozdíl mezi izolačními a žáruvzdornými materiály:

• izolační materiály se používají v rozsahu 300–1200 °C, např. křemelina, skelná vata, strusková vata, čedičová vata, berlit …
• žáruvzdorné materiály se používají od 1200 °C, např. dinas, magnezit …

Jednou z nejdůležitějších fyzikálních veličin žáruvzdorných materiálů je jejich tepelná vodivost (λ, jednotka je W·m^-1·K^-1), která udává, jaké množství tepla materiálem projde, např.:

• šamot: 1 W·m^-1·K^-1
• magnezit: 3–4 W·m^-1·K^-1
• vláknité žáruvzdorné materiály: 0,03 W·m^-1·K^-1

Tato vlastnost žáruvzdorných materiálů je velmi důležitá, ale je třeba brát v úvahu také cenu.